3D可視化通訊技術(shù)

1、 第一組 成員：xx xxxx xxxxxxxx 隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，人們對通訊 質(zhì)量的要求也在不斷提高，本組便想到了用 手機實現(xiàn)3D全息通訊。目前，科學家正在研發(fā)3D遠程視頻 ，該技術(shù)將對物體的光線進行調(diào)整并重組物體的畫面。屆 時，配備了3D全息攝像頭的手機將使用戶可以與好友實時 進行3D全息視頻聊天。讓用戶不僅可以聽到， 更可以看 到，甚至可以傳遞觸感，讓人感覺真的在與人面對面的交 流，這大大方便了人與人交流。3D可視化通訊技術(shù)依賴于 小型全息影像設備和專門軟件，以及強大的網(wǎng)絡傳輸技術(shù) 的支持得以實現(xiàn)，實用性強且用途廣泛，極具發(fā)展前景。 introduction 02 功能概述及目前現(xiàn)狀

2、Overview of functions and present status 相關技術(shù) Related technology 技術(shù)難點 Technical difficulties CONTENT 03 參考文獻 Reference 01 功能概述及目前現(xiàn)狀 Overview of functions and present status PART ONE 運用影像采集、網(wǎng)絡傳輸、 軟件處理、全息成像將另一個 地方的人物形象或者風景地貌 或其它圖像以3D的形式展現(xiàn)在 另一個人的面前，全息手機采 用的個人全息不同于平面影像 僅僅在二維表面通過透視、陰 影等效果實現(xiàn)立體感，個人全 息可以讓肉眼

3、從 360 度的任 何角度觀看影像的不同側(cè)面， 是真正呈現(xiàn)立體接近現(xiàn)實的影 像。簡單來說，即眼球看到哪 里即顯示物體相應的影像，達 到現(xiàn)實生活中肉眼一樣的觀感。 功能概述 05 2010年12月，夏普發(fā)布具有3D 功能的手機產(chǎn)品，采用主動快門式 3D技術(shù)。該產(chǎn)品可使用單鏡頭拍攝 出立體圖像。 2011年3月，LG發(fā)布Optimus 3D手機，屏幕米用視差屏障技術(shù)， 其主要特色是釆用500萬像素雙鏡 頭3D相機，機身背部的兩個攝像頭 可以拍攝3D影像，3D圖片保存格式 為左右立體對圖像。 2011年，宏達電發(fā)布HTCEV0 3D智能手機，后置兩顆500萬像素 攝像頭拍攝3D視頻照片，如圖 1.1

4、 顯示。該手機采用視差屏障技術(shù), 首先將兩個不同角度的影像分別以 相等距離分割為垂直線條狀,然后 通過交錯方法將左右影像融合，同 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2014年7月17日，深圳億思達 集團鈦客科技在北京發(fā)布了全球 首款可以直接觀看到3D圖像界面 的 takee 全息手機，因其獨特的 創(chuàng)新性（全息顯示、眼球追蹤、 空中觸控）受到各界廣泛關注。 takee全息手機是利用計算全技術(shù) ，通過追蹤人眼的視角位置，基 于全息圖像數(shù)據(jù)模型計算出實際 的全息圖像，再通過指向性顯示 屏幕將左右眼的立體圖像投射到 時利用透光狹縫，使雙眼看到 立體圖像1。 06 人眼視網(wǎng)膜中，從而使人眼產(chǎn)生和 實際環(huán)境感

5、覺一樣的視覺效果。這 種全息技術(shù)形成的全息圖像由于是 基于人眼視角位置而成像的，所以 只適合于一個人觀看，并且也無法 用普通相機捕捉。 通過前置的 500 萬像素廣角 全息攝像頭和傳感器，takee手機 可以讓用戶在沒有輔助工具的情況 下看到全息圖像。通過機身底部的 一個攝像頭和“太空眼”支架配件 上面的四個攝像頭，用戶可以實現(xiàn) 隔空操作手機功能。 簡單來說，takee手機既可以 顯示立體畫面（全息視頻、全息游 戲、全息圖片等），也可以通過屏 幕正面的攝像頭定位，實現(xiàn)用戶對 手機的空中立體操縱，無需直接觸 摸2。 圖 1.1 HTC 3D裸眼手機 02 相關技術(shù) Related technol

6、ogy PART TWO 立體顯示技術(shù) 圖像采集技術(shù) 通訊技術(shù) 01 02 03 2.相關技術(shù) 9 2.1 通訊技術(shù) 鑒于實時全息通訊的巨大 數(shù)據(jù)量，普通的無線網(wǎng)絡傳輸 必然勝任不了這項重任。但是 移動通訊技術(shù)的發(fā)展，為3D全 息通訊的實現(xiàn)奠定了基礎。5G 是面向2020 年以后移動通信需 求而發(fā)展的新一代移動通信系 統(tǒng)，在傳輸速率和資源利用率 等方面(圖2.1-1)較4G移動通信 提高一個量級或更高3。5G移 動通信系統(tǒng)的應用領域?qū)⑦M一 步擴展，對海量傳感設備及機 器與機器 (M2M) 通信的支撐能 力將成為系統(tǒng)設計的重要指標 之一。未來5G系統(tǒng)還須具備充 分的靈活性,具有網(wǎng)絡自感知、 自調(diào)

7、整等智能化能力, 以應對 未來移動信息社會的快速變化 。 4G（現(xiàn)階段） 5G（2020 年) 標準完成 情況 標準已基本完成標準需 56 年 后才能確定 速率 4G 網(wǎng)絡能夠獲得 100Mbit/s，峰值 速率可達1 Gbit/s 任何時候任何 地點至少達到 1 Gbit/s，峰值 速率可達 50 Gbit/s 技術(shù)OFDM MIMO 大規(guī)模 MIMO， 3D 波束成型、 有源天線系統(tǒng) (AAS) 交換方式分組分組 基站 主要采用宏蜂窩 宏蜂窩和微蜂 窩混合組網(wǎng)， 大量采用高頻 微蜂窩提升系 統(tǒng)容量 融合 回程 技術(shù) 網(wǎng)絡融合仍是問 題 將很好地實現(xiàn) 網(wǎng)絡融合 回程網(wǎng)絡 技術(shù) 同時使用用戶接

8、 入和 回程電信網(wǎng)絡 圖 2.1-1 4G網(wǎng)絡與5G網(wǎng)絡比較 4 2.2 圖像采集技術(shù) 在現(xiàn)有的全息影像拍攝中， 為取得立體的良好效果，總共需 要動用35部髙淸攝像機，從各個 不同角度同時對主持人進行拍攝 ，而后圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)?0臺電腦 中進行合成處理，最終由髙淸投 影機實現(xiàn)全息人像的再現(xiàn)。當然 ，在最終的人像再現(xiàn)前，也可以 會通過37英寸等離子電視進行預 覽，以確保畫面不出現(xiàn)問題。這 是從研究試用來說?，F(xiàn)在己有些 全息拍攝研究：日本獨立行政法 人信息通信研究機構(gòu)（NICT)宣布 ，開發(fā)成功了可拍攝動態(tài)物體并 播放立體影像的彩色電子全息攝 影技術(shù)。無需激光光源和暗室， 以普通照明即可拍攝。此次

9、技術(shù) 是在普通照明條件下拍攝影像， 通過髙速運算形成全息影像。用 對應RGB三色的液晶而板顯示，通 過激光光源播放，最終合成全息 影像，因此 可實時顯示立體的彩 色影像。目前的立體視角僅為2度 ，因此播放的影像只有l(wèi)cm左右。 NICT的目標是今后3年內(nèi)將播放影 像擴大至4倍約4cm。5 圖 2.2-1 歐洲最大3D掃描儀捷克展出 tidbits 歐洲最大3D掃描儀日前在捷克 布拉格展出，這架三維掃描儀可用 于掃描人、動物和物品。 10 2.3 立體顯示技術(shù) 11 立體顯示技術(shù)包括佩戴式和裸眼式兩類6-10。佩戴式立體顯示技術(shù)需要觀看 者佩戴輔助眼鏡觀看屏幕，通過眼鏡實現(xiàn)光學分離，從而使人的左

10、右眼分別看到 左視圖像和右視圖。裸眼式立體顯示技術(shù)不需要任何輔助觀看設備,通過特制的光 學器件把具有視差的立體對圖像分別傳送到人的左右眼來獲得立體效果10-12。 佩戴式立體顯示主要有色分式、偏振式和分時法三種，相對應的3D眼鏡是補 色眼鏡、偏振光眼鏡和液晶開關眼鏡。 裸眼立體顯示技術(shù)的原理主要有如下幾種： (1)視差屏障式。通過在液晶顯示表面的一定高度設置光線障礙的方式使左右 眼看到對應的畫面，使用一個開關液晶屏控制像素光線，使得左眼看到左視圖像 ，右眼看到右視圖像(圖2.3-1)。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、2D/3D可調(diào)，但屏幕亮度和 分辨率會有所下降。 (2)柱狀透鏡式。在液晶面板前面加一層精密

11、透鏡，通過透鏡改變光的線路， 由于雙眼是從不同的角度觀看顯示屏，左眼看到左視圖像，右眼看到右視圖像(圖 2.3-2)。該技術(shù)的優(yōu)勢是亮度不受影響，但只有一種3D模式，多用于大屏幕顯示 設備。 (3)指向光源式。通過將TFT背光源配合畫面以交替顯示的方式使左右畫面的 光線投射到人的左右眼(圖2.3-3)。利用LED背光模組,配合快速反應的液晶面板， 使奇偶列像素光線路徑產(chǎn)生轉(zhuǎn)變，視差圖像經(jīng)過分離后分別進入的左眼與右眼， 形成立體效果。 12 (4)多層顯示式:通過雙層液晶的不同指向光線方向?qū)崿F(xiàn)左右眼的畫面,原 理如圖1.6所示。采用中間間隔一定空間的兩層液晶面板,分別顯示前景和后景 ,形成前后景

12、的深度感,包括突出顏色與對比度因在兩層面板上顯示的圖像存在 細微差別而實現(xiàn)3D影像效果。該技術(shù)產(chǎn)品不會產(chǎn)生觀看3D影像引發(fā)的頭暈與眼 睛疲勞等副作用,顯示分辨率也不會下降,不存在視角問題,但由于使用兩層液 晶屏幕,增加了制造成本以及屏幕整體厚度,短期不可能商用。 圖2.3-1 視差屏障式立體顯示原理圖 圖2.3-2 柱狀透鏡式立體顯示原理圖 圖2.3-3指向光源式立體顯示原理圖 圖2.3-4 多層顯示式立體顯示原理圖 左影像右影像 快速響應液晶面板 3D光學膜 導光板 前置液晶面板 間質(zhì)成分 后置液晶面板 背光 佩戴式 裸眼式 偏振式 分時法 視差屏障式 柱狀透鏡式 指向光源式 多層顯示式 2

13、.3 立體顯示技術(shù) 狹縫前置式 狹縫后置式 13 色分式 03 技術(shù)難點 Technical difficulties PART THREE 通訊、圖像采集、立體顯示等技術(shù)有待突破受到自身技術(shù)和 造價成本的制約，全息手機想要引領時代還需要一段時間。 難點一 手機硬件的支持設備的小型化和精密化，便攜性以及耐用程 度。 難點二 相關軟件的開發(fā)3D全息通訊的實現(xiàn)，需要足夠優(yōu)化的軟件 做后盾。高速、大量的數(shù)據(jù)處理以及高質(zhì)的用戶體驗的為與之配套的軟 件提出了更高的要求。 難點三 3.技術(shù)難點 15 04 參考文獻 Reference PART FOUR 1尤鵬飛.裸眼3D手機影像處理技術(shù)研究D. 南昌：

14、 南昌大學,2013：1-2. 2海川.全息技術(shù):從科幻走進現(xiàn)實J.新經(jīng)濟導刊 ,New Economy Weekly,2015(Z1):60-61. 3尤肖虎,潘志文,高西奇,等. 5G移動通信發(fā)展趨勢與若干關鍵技術(shù).中國科學:信息科 學,2014, 44: 551563, doi:10.1360/N112014-00032. 4月球,王曉周,楊小樂.5G 網(wǎng)絡新技術(shù)及核心網(wǎng)架構(gòu)探討J.現(xiàn)代電信科技,Modern Science & Technology of Telecommunications, 2014(12):28. 5馮如杯參賽作品.3D圖像可視化技術(shù)z.北京：航空航天大學，10.

15、 6王瓊?cè)A,王愛紅.三維立體顯示綜述J,計算機應用,2010(3). 7王元慶.基于LCD的自由立體顯示技術(shù)J,液晶與顯示,2003(4):116-120. 8侯春萍,楊蕾,宋曉煒,等.立體電視技術(shù)綜述J.信號處理,2007,23(5):729-736. 9http:/ 10T. Fukushima, M. Torii, K. Ukai, et al. The relationship between CA/C ratio and individual differences in dynamic accommodative responses while viewing stereoscopic images,J